Study on Refraction Index Sensors Using Fiber Grating F-P Cavity

In this paper, the reflective spectra of a refraction index sensor were analyzed based on fiber grating F-P cavity. The sensor was constituted by two identical fiber gratings. Compared with the refraction index sensor using one fiber grating, the fiber grating F-P cavity sensor has narrower resonant peak and it can be used for more accurate measurement. The resonant peaks in the reflective spectra of the sensor are changed with small changes of the refraction index of the measured chemical liquids or cell samples. So it has potential applications in biology and chemistry.

Structure Design of Disposable Ocean Temperature Depth Sensing Probe Based on F-P Cavity and FBG

The basic principle of sensing is the combination of F-P cavity interference and fiber grating reflection. A hybrid structure sensor probe has been designed based on the combination of an F-P cavity of liquid-filled thermometer structure, and a fiber grating with an elastic diaphragm, herein F-P cavity is used for temperature sensing, and the fiber grating is used for pressure sensing. By adopting the dual optical path structure, the dual-parameter detection of temperature and depth is realized, which solves the problem of low accuracy caused by the cross response of temperature and pressure of a single sensor device and the calculation of the depth information of the ocean with empirical formulas. Compared with traditional sensors, the sensitivity is effectively improved. Theoretical analysis shows that the sensitivity of the F-P cavity with a thermometer structure filled with kerosene reaches 1.334 nm/?C, and the depth sensitivity of the fiber grating is 284.6 pm/Mpa within the ocean depth range of 0 - 400 m.

共焦球面F-P干涉仪测量液体折射率和浓度的实验研究

以单模石英光纤为传光介质,共焦球面F-P干涉仪为传感器件,面阵分体CCD摄像机为图像接收器件设计了一套液体折射率和浓度的测量系统,对不同浓度的酒精溶液进行了测量．实验结果表明,采用该系统可以探测到10-5量级的折射率变化量,和相应的溶液浓度变化精度也为1．0×10-5,相对于传统的折射率测量方法,这种测量系统调整方便,操作简单,能够用于液体折射率和浓度变化过程的在线测量．

Vibration insensitive optical ring cavity

The mounting configuration of an optical ring cavity is optimized for vibration insensitivity by finite element analysis. A minimum response to vertical accelerations is found by simulations made for different supporting positions.

内腔式非稳腔DF激光光束质量研究

激光光束质量是衡量激光器应用性能的重要指标之一,面向远距离光电对抗应用场景,本文开展了非链式脉冲氟化氘(DF)激光器非稳腔设计和光束质量提升技术研究。设计了3组不同放大倍率的正分支虚共焦非稳腔,搭建了凸面腔镜横向和轴向两种支撑结构的非稳腔实验装置,其中横向支撑结构内置循环水冷却通道。以86.5%环围能量定义激光光斑大小,选用β因子评价激光光束质量,比较两种支撑方式下的输出能量和光束质量。研究发现:相同条件下,轴向支撑结构的非稳腔输出能量较横向支撑结构高6%,但远场发散角较横向支撑大9%;水冷横向支撑结构虽存在部分能量遮挡,但其较好的热稳定性显著提升了激光光束质量。在M=2.25的横向支撑内腔式非稳腔条件下获得了光束质量因子β=1.83、发散角θ_(0.865)=0.63 mrad的激光光束。该条件下的激光单脉冲能量为2.34 J,激光脉宽为88.2 ns,峰值功率达到26.5 MW。

共焦腔增强的空气拉曼散射

拉曼光谱是一种无损、快速的物质成分分析和检测方法.由于拉曼信号强度微弱,使得拉曼光谱的检测应用受到极大的限制.针对增强拉曼散射信号强度、提高检测灵敏度这一问题,设计了一种用于自发拉曼散射信号增强的共焦腔样品池,开展了基于该共焦腔的空气拉曼散射信号增强研究.共焦腔的腔镜反射率为92%,这一设计在保证共焦腔通带宽度与激光器线宽匹配的同时能有效地降低共振调节难度.实验中采用0°探测构型收集拉曼信号,并由成像式拉曼光谱仪获取光谱信号.实验发现,在共振状态下,共焦腔的耦合效率达到87.5%,单向激光功率实现约11倍放大;与无共振腔相比,共焦腔对拉曼信号实现17倍放大,信噪比提高2倍.此外,空气中CO_2的3σ检测限达到200 ppm量级.结果表明,该系统对自发拉曼散射信号增强效果显著,并且有较高的检测灵敏度.

正支共焦非稳腔的离焦像差特性

正支共焦非稳腔在出光过程中易受环境扰动而造成腔长失调,易受热积累影响而使腔镜变形,从而使输出光束产生离焦像差和部分其它像差。为了实现对离焦像差的校正,针对不同的产生原因,提出了2种离焦像差特性分析方法:一为腔镜相对位置失调引起的离焦像差特性理论分析方法,它是另一种分析方法的基础;二为腔镜变形引起的等效腔长变化导致的离焦像差特性分析方法,它是实际激光器中的主要分析方法。得到了离焦像差与腔长的特性关系和离焦像差与腔镜变形量之间的特性关系。研究表明:腔长改变和腔镜变形对离焦像差的影响本质是一样的,都是改变了谐振腔的共焦点位置;腔长改变或腔镜矢高变化与离焦像差都成近似的线性关系。实验验证了离焦像差特性分析方法的有效性,最后指出离焦像差特性可作为激光器中离焦像差动态补偿的有效依据。

半导体激光器的线宽压窄及频率连续调谐

我们利用共焦F-P腔光学弱反馈技术,实现了单模GaAlAs半导体激光器线宽压窄、频率锁定及连续调谐。其线宽从自由运转时的10MHz被压窄到45kHz,并可将频率锁定于共焦F-P腔。实验证明,在弱反馈情况下,激光器的频率连续调谐范围与共焦F-P腔的光强反馈量近似成正比,实现了在铷原子D2线附近1.2GHz的频率连续调谐。

COIL非稳腔实验的数值模拟

在薄层增益近似与非均匀加宽饱和增益系数条件下 ,用 C-7程序对 COIL非稳腔实验进行了数值模拟 。

光腔衰荡法测量高反射率的实验研究

基于光腔衰荡光谱技术,建立了以共焦腔为衰荡腔的单波长反射率测量装置,该装置可用于精密测量全固体激光器高反射率腔镜的反射率,检测得到了高反腔镜在946 nm的反射率。实验测得平凹镜和平面镜衰荡时间的平均值分别为1.624μs和821 ns,平凹镜的反射率为99.794%,相对误差精确到10^(-5);平面反射镜的反射率为99.800%,相对误差精确到10^(-4)。结果表明,光腔衰荡法可用于高反射率腔镜反射率的测量,与分光光度计测得的结果相比,具有非常高的测量精度。

用于承载铷原子钟滤光泡的高品质微腔体制备

在芯片级铷原子钟中,需要微腔体来承载Rb—87滤光泡,为此,提出了一种用于制作高品质微腔体的新技术。为了获得光滑的腔体侧面和避免腐蚀过程中凸角处产生削角现象,研究中采用了超声腐蚀技术和凸角补偿技术。首先,分别在纯KOH溶液,并结合搅拌和超声等方法,对(100)硅片进行湿法腐蚀,并运用激光共聚焦扫描显微镜对腐蚀后的{111}表面进行粗糙度测量,表明运用超声腐蚀技术可以获得光滑的{111}腔体侧面。在此基础上,引入条形掩模凸角补偿方法进行微腔体腐蚀。实验结果表明:在80℃、质量分数为30%KOH、超声频率和功率分别为59 kHz和160 W的溶液中腐蚀,其{111}腐蚀表面粗糙度为0.117μm,同时条形的长度取1200μm时,可以获得平滑规整的微腔体。

670.7nm激光抽运下的祖母绿晶体激光运转实验研究

为了实现我国温差水热法生长的祖母绿晶体的激光运转,利用Nd∶YAP的1.3414μm激光经过LBO晶体倍频得到的670.7nm红光作为抽运光源,采用对称共焦腔实现了祖母绿晶体732nm红外激光的输出,激光阈值在0.5W^0.6W之间。在输入功率达到2.89W时获得了46μW的732nm激光输出。

虚共焦腔中存在会聚球面波的实验证明

文献［１］认为会聚球面波不满足自再现条件，即腔内不存在稳定的会聚球面波。本文用实验证明了在虚共焦腔中存在会聚球面波，并得到了稳定的会聚球面波输出。

共焦柱面准光谐振腔回旋管研究

推导了共焦柱面准光波导的传输方程,对采用共焦柱面准光腔作为谐振腔的准光腔回旋管进行了理论研究,数值计算结果与实验结果相吻合。结果证明,共焦柱面准光波导的模式间隔度大,通过调节镜面宽度可调节腔内各模式的衍射损耗,使腔体内仅有TE0n模式可稳定存在,进而提高波导内工作模式的分割度。利用共焦柱面准光谐振腔替代传统回旋管的圆柱波导谐振腔,可大大降低回旋管中的模式竞争问题。在该结构中,n=1,3,5模式可有效地实现二次谐波工作。

CRDS技术精确测量单波长高反射率

激光腔镜的反射率对激光输出功率和转换效率有极大影响.为了实现高反射率的精确检测,设计并建立了一套脉冲CRDS技术测量单波长高反射率的实验装置.通过比较实验测试曲线,确定以共焦腔为衰荡腔,精确检测了高反射镜在946 nm的反射率.实验结果表明:测得平凹镜和平面镜衰荡时间的平均值分别为1.612μs和819 ns;平凹镜的反射率平均值为99.7934%,相对误差精确到10-5;平面反射镜的反射率为99.7997%,相对误差精确到10-4.

非稳腔傍轴波动方程高斯球面波修正方法的数值研究

在分析用差分方法求解虚共焦非稳腔三维傍轴波动方程 ,及用数值积分方法与快速付氏变换 (FFT)方法求解三维菲涅耳积分方程优缺点的基础上 ,从激光束在虚共焦非稳腔中以修正高斯球面波形式传输的特征出发 ,经坐标变换把发散 (或会聚 )的光束拉直成平行光束 ,然后用FFT方法求解了在新坐标系中修正函数满足的傍轴波动方程 .把相同条件下得到的结果与国内外文献给出的结果进行了比较 ;

多模短波长激光在圆形球面腔中的传输

用数值积分方法求解了在圆柱坐标中的横向多模菲涅尔 (Fresnel)积分方程 .在初始复数光场振幅取均匀分布和随机分布的条件下对圆形球面共焦腔、稳定腔和平面腔的TEMn0 模进行了计算分析 .计算结果表明 ,球面腔单一模的数值结果同解析解的结果符合较好 。

基于光反馈自混合干涉效应的雷达激光器带宽测量方法

采用传统外差方法测量雷达激光器带宽时,由于一个调频周期内光程在102数量级上,显著高于光源的相干长度且外差计算过程较复杂,使雷达激光器带宽测量结果的精度较低。提出基于光反馈自混合干涉效应的雷达激光器带宽测量方法,采用光反馈自混合干涉效应测量模型,获取雷达激光器外腔位移变化规律。根据该规律通过法布里-珀罗（F-P）共焦球面腔对雷达激光器带宽进行测量,透过峰与激光的最低频率重合时调控电压使得光电探测器不在输出内容,确保透过峰和调频激光的最高频率相同,此时施加电压值实现对雷达激光器调频带宽的测量。实验结果说明：所提方法测量的雷达激光器带宽结果精度较高,实际应用效果佳。

短波长激光在柱面条状虚共焦非稳腔中的传输

用数值迭代方法求解了柱面条状虚共焦非稳腔的积分方程组。对相同及不同的菲涅耳数ＮＦ和不同的放大率ｍ等情况进行了数值计算。结果表明，在所取的ＮＦ范围内近场光场强度的空间分布偏离均匀分布，但相位近似为均匀分布。其中小ＮＦ和大ｍ时不仅近场分布较为理想，而且远场强度的角分布接近衍射极限。

光腔衰荡法的单波长反射率测量实验研究

分析了反射率光腔衰荡法测量原理的近似条件,讨论了共焦腔的失调特性,计算了腔镜反射率对衰荡信号的影响。在此基础上,为减少OPO激光束的衍射损耗引入的测量误差,选择He-Ne激光作导引光,建立以共焦腔为衰荡腔的单波长反射率测量装置。利用直腔和折叠腔对腔镜和插入镜片的反射率进行了实验测量。直腔方式下测量的均方差小于6×10-6。分析表明,光腔衰荡法只适用于高反镜反射率的测量;在光路调节中采用具有对数变换功能的示波器,可以提高测量精度。